Дубровкин Кирилл АТП-Т19
Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?
Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк < I1ном). При этом выраженное в процентах напряжение Uк, при Iк = I1ном обозначают uK и называют напряжением короткого замыкания трансформатора. Это характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.
Таким образом (%):
где U1ном — номинальное первичное напряжение.Как проводится опыт короткого замыкания.
Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему, в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.
Схемы замещения
Схема замещения электрической системы представляет собой совокупность схем замещения отдельных элементов, соединенных между собой в той же последовательности, что и на расчетной схеме.
Для составления схемы замещения возьмём трансформатор с двумя обмотками: первичной с количеством витков W1 для подключения к сети питания и вторичной с количеством витков W2 для подключения нагрузки.
Принципиальная схема подключения нагрузки к источнику питания через трансформатор
Для создания схемы замещения трансформатора нам потребуются три режима его работы: режим холостого хода (ХХ), рабочий режим (номинальный режим) и режим короткого замыкания (КЗ). Режимы холостого хода и короткого замыкания трансформатора позволяют определить значения элементов схемы замещения трасформатора.
Схемы замещения трансформатора для режима холостого хода:
а — последовательная схема замещения,б — параллельная схема замещения
Схема трансформатора в режиме КЗ принимает вид:
В рабочем режиме трансформатор можно представить эквивалентной схемой:
Основные соотношения между током, напряжением, магнитным потоком в режиме К.З.
Опыт короткого замыкания трансформатора
Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и сильно пониженном напряжении на первичной обмотке, при это ток в первичной обмотке не превышает номинального значения. Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 11.3. Опыт проводится для определения номинального значения тока вторичной обмотки, мощности потерь в проводах и падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.
Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания мала и составляет 5 ¸ 10% от номинального. Поэтому и действующее значение ЭДС вторичной обмотки Е2 составляет 2 ¸ 5%. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток, а значит и мощность потерь в магнитопроводе — Рс. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания, практически определяют только потери в проводах Рпр, причем
Таким образом в режиме короткого замыкания определяется электрические потери в проводах, которые называются потерями в меди. В этом режиме также определяется качество сборки трансформатора.
В качестве нагрузки подключаемой к трансформатору используются:
2. Осветительные устройства
Из опыта с нагрузкой определяется:
1. — выходная мощность
2. — коэффициент нагрузки
Внешняя характеристика трансформатора.
Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость вторичного напряжения U2 от тока I2 при фиксированном напряжении U1, при cosj=const
При активной нагрузке угол фи равен нулю и напряжение U2 остается неизменным при всех значениях нагрузки. При активно-индуктивной нагрузке фи положителен, и чем он больше, тем больше потери напряжения и тем значительнее снижение напряжения U2 с ростом тока нагрузки. При активно-емкостной нагрузке фи отрицателен и потери напряжения так же отрицательны, с ростом тока нагрузки напряжение U2 увеличивается.
Такой вид имеет внешняя характеристика трансформатора большой мощности, для трансформаторов малой мощности графики характеристик необходимо повернуть относительно точки U2ХХ по часовой стрелке.
В качестве нагрузочных характеристик рассмотрим: коэффициент мощности трансформатора , КПД при cosj2=const P2 — активная мощность, отдаваемая потребителю, P1 – активная мощность, полученная от источника сети
Графически зависимости этих величин от величины тока во вторичной обмотке имеют вид:
Рассмотрим зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки. Определим при каком значении коэффициента нагрузки КПД трансформатора имеет максимальное значение.
Для этого необходимо взять первую производную , затем, приравняв к нулю найти экстремум. Получаем, что КПД достигает максимального значения, когда или
Таким образом КПД трансформатора достигает максимального значения при такой нагрузке, когда потери в стали равны электрическим потерям в меди то есть при условии равенства
Определить величину оптимального коэффициента нагрузки, можно графически построив графики магнитных и электрических потерь. При этом точка их пересечения позволит найти значение оптимального коэффициента нагрузки при максимальном КПД трансформатора.
Оптимальный коэффициент нагрузки для силовых трансформаторов а для трансформаторов малой мощности .
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Роль электрических машин в промышленности и на транспорте. Электрические машины неотъемлемо связаны с электрической энергией.
Ее преимущества перед другими видами энергии:
— наиболее универсальная энергия, легко преобразуется в другие виды: механическую, тепловую, химическую, лучистую энергию;
— возможность передавать ее на большие расстояния с малыми потерями;
— возможность доставлять электрическую энергию в любую точку на Земле.
Электрическую энергию вырабатывают на электростанциях, где механическая энергия пара, воды преобразуется в электрическую с помощью электрогенераторов (везде переменного тока). Обратное преобразование энергии – с помощью электродвигателей (электромоторов).
Трансформаторы – статические машины, но электромагнитные законы те же, что и у вращающихся машин.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода
Когда на обмотку прибора подают напряжение синусоиды, в ней возникает слабый ток, как правило, не превышающий 0,05-0,1 от номинального значения (это и есть холостой ток). Его создает обмоточная магнитодвижущая сила, именно из-за ее действия в замкнутом магнитопроводном элементе возникают ведущий магнитный поток (обозначается Ф) и рассеивающийся поток Ф1, замкнутый вокруг обмоточного тела. Значение магнитодвижущей силы равно произведению холостого тока на число обмоточных витков.
Ведущий поток создает в приборе две электродвижущие силы: самоиндукционную у первой обмотки и взаимной индукции – у второй. Ф1 продуцирует у первой катушки ЭДС рассеяния. Она имеет очень небольшую величину, ведь создающий ее поток замыкается, по большей части, по воздушным массам, ведущий поток Ф – по магнитопроводу. Поскольку главный поток имеет гораздо большие масштабы, то и генерируемая им для первичной катушки электродвижущая сила тоже имеет намного большее значение.
Важно! Так как подаваемое напряжение имеет вид синусоиды, такие же характеристики имеют главный поток и создаваемые им обмоточные электродвижущие силы. Но по причине магнитного насыщения имеющийся в приборе поток непропорционален электротоку, создающему намагничивание, так что последний синусоидальным не будет. Практикуется замена его реальной кривой соответствующей ей синусоидой с таким же значением
Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми потоками и магнитопроводным насыщением)
Практикуется замена его реальной кривой соответствующей ей синусоидой с таким же значением. Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми потоками и магнитопроводным насыщением).
Опыты холостого хода и короткого замыкания
| Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей — Cиловые трехфазные и однофазные трансформаторы |
Точное значение коэффициента трансформации представляет собой отношение э.дс. обмотки высшего напряжения к э.д.с. обмотки низшего напряжения независимо от того, какая из обмоток первичная и какая вторичная.
Опыт холостого хода (рис. 11.4, а) используют для определения коэффициента трансформации. При этом обмотку низшего напряжения подключают к устройству (потенциал — регулятор), позволяющему в широких пределах изменять напряжение, подводимое к трансформатору, а обмотку высшего напряжения размыкают.
С целью определения коэффициента трансформации к обмотке низшего напряжения достаточно подвести напряжение 0,1 UH для трансформаторов малой мощности и (0,33…0,5) UH для трансформаторов большой мощности. Падение напряжения в первичной обмотке весьма мало. С допустимой точностью можно принять, что E1 = U1 и Е2 = U2, так как ток во вторичной обмотке практически равен нулю.
Из опыта холостого хода трансформатора определяют также зависимости тока холостого хода Ix, потребляемой мощности Рх и коэффициента мощности cosφ от значения подводимого напряжения U1, при разомкнутой вторичной обмотке, то есть при I2 = 0. Ток холостого хода силовых трансформаторов составляет от 10 (для маломощных трансформаторов) до 2% (для мощных трансформаторов) номинального. При снятии характеристик холостого хода подводимое напряжение изменяют в пределах от 0,6 до 1,2 UH таким образом, чтобы получить 6…7 показаний. На рисунке 11.4,6 дан примерный вид характеристик холостого хода.
Мощность холостого хода характеризует электрическую энергию, расходуемую в самом трансформаторе, так как со вторичной обмотки энергию при этом не потребляют. Энергия в трансформаторе расходуется на нагрев обмоток проходящим по ним током и нагрев стали сердечника (вихревые токи и гистерезис). Потери на нагрев обмоток (потери в обмотках) при холостом ходе ничтожно малы. Практически можно считать, что все потери холостого хода сосредоточены в стали сердечника и идут на его нагрев.
Коэффициент мощности трансформатора определяют по формуле
. Px
cosφ = ——————. (11.3)
. 3Ux.фIk
где Рх — полная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе (сумма показаний двух ваттметров, приведенных на рисунке 11.4, а); Uх.ф и Ix — средние значения фазных напряжения и тока.
Опыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рисунке 11.5, а. К обмотке низшего напряжения подводят напряжение, при котором в обмотке высшего напряжения, замкнутой накоротко, протекает номинальный ток. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания еk%;его значение приводят в паспорте трансформатора в процентах номинального.
Так как в этом опыте из-за малого напряжения, подведенного к обмотке низшего напряжения, магнитный поток в сердечнике весьма незначителен и сердечник не нагревается, то считают, что вся потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания мощность затрачивается на электрические потери в проводниках обмоток. Характеристики короткого замыкания (рис. 11.5,6) представляют собой зависимости потребляемого тока Ik мощности Pk и коэффициента мощности cosφ, от подведенного напряжения при замкнутой вторичной обмотке. Значение подводимого напряжения находится в пределах 5…10% номинального. Коэффициент мощности определяют так:
. Pk
cosφk = ——————. (11.4)
. 3Ux.фIk
Сумма показаний ваттметров дает значение потерь в трансформаторе, которые вызывают нагрев обмоток. Мощность, показываемая ваттметром,
Pk = Pm1 + Pm2 = 3I12 + 3I22R2,
где R1 и R2—сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Напряжение короткого замыкания, при котором во вторичной обмотке протекает ток, равный номинальному, выражают в процентах номинального:
. Uk.ф
ek% = ————100. (11.6)
. Uн.ф
Напряжение короткого замыкания — важная характеристика трансформатора. По этой величине делают вывод о возможности параллельной работы трансформаторов, по ней и ее составляющим определяют изменения вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки. Используя эту величину, находят токи короткого замыкания в условиях эксплуатации.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
| Похожие материалы: |
|---|
|
Почему при опыте короткого замыкания ток в первичной обмотке достигает номинального значения
§ 85. Опыт холостого хода и короткого замыкания
Для испытания трансформатора основными являются опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. При опыте холостого хода трансформатора (рис. 106) его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (I
2 = 0), а первичная обмотка включена в сеть источника электрической энергии переменного тока. В таких условиях в первичной обмотке протекает ток холостого ходаI , который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5 — 10% от номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25 — 30% номинального тока.
Ток холостого хода I
создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, вызываемых гистерезисом и вихревыми токами. Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности (cos φ) его весьма мал и обычно равен 0,2 — 0,3. По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила тока холостого ходаI , потери в стали сердечникаР ст и коэффициент трансформацииК . Сила тока холостого ходаI измеряется амперметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора. При испытании трехфазного трансформатора определяют фазный ток холостого хода. Потери в стали сердечникаР ст измеряются ваттметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора. Это делается на том основании, что потери в проводниках первичной обмотки вследствие малой силы тока холостого хода незначительны и ими можно пренебречь и считать, что при холостом ходе вся мощность затрачивается только на потери в стали. Коэффициент трансформации трансформатора определится отношением показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вторичной обмоток. При холостом ходе трансформатора во вторичной обмотке тока нет, следовательно, нет и падения напряжения в этой обмотке, и э. д. с.E 2, индуктируемая во вторичной обмотке, равна напряжениюU 2 на зажимах этой же обмотки, т. е.E 2 =U 20.
Режим короткого замыкания трансформатора
Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор. В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк где U1ном — номинальное первичное напряжение.
Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмоток трансформатора. Так, например, при высшем напряжении 6—10 кВ uK = 5,5%, при 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, при 110 кВ uK = 10,5% и т. д. Как видно, с повышением номинального высшего напряжения увеличивается напряжение короткого замыкания трансформатора.
При напряжении Uк составляющем 5—10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10—20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что
Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10—20 раз, и потоки рассеяния обмоток становятся соизмеримыми с основным потоком.
Так как при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на ее зажимах U2 = 0, уравнение э. д. с. для нее принимает вид
а уравнение напряжения для трансформатора записывается как
Этому уравнению соответствует схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 1.
Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φк между векторами этих напряжений и тока зависит от соотношения между активной и реактивной индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.
Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании
Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании
У трансформаторов с номинальной мощностью 5—50 кВА XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более XK/RK = 10 и более. Поэтому считают, что у трансформаторов большой мощности UK = Uкр, а полное сопротивление ZК = Хк.
Опыт короткого замыкания.
Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.
Рис. 3. Схема опыта короткого замыкания трансформатора
По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.
Напряжение короткого замыкания
где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.
При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания .
Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем
где ZK — полное сопротивление трансформатора.
Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора
Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой
поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора
находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:
Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:
Описание процесса
Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.
На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.
Потеря напряжения в трансформаторе
Электромашины > Трансформаторы
Потеря напряжения в трансформаторе
Потеря напряжения в обмотках двухобмоточного трансформаторе определяется по формулам:
где Р — активная нагрузка трансформатора, Мвт;Q — реактивная нагрузка трансформатора, Мвар;S — полная нагрузка трансформатора, Мва; U — напряжение на зажимах трансформатора, кв;Uн — номинальное напряжение сети, кв;cosj — коэффициент мощности нагрузки трансформатора;R — активное сопротивление обмоток трансформатора;
X — реактивное сопротивление обмоток трансформатора:
В формулах (5-26) и (5-27): Sн — номинальная мощность трансформатора, Мва;Uн.т. — номинальное напряжение обмоток трансформатора, кв;DРк.з — потери короткого замыкания в трансформаторе, Мвт;Ux — падение напряжения, %, в реактивном сопротивлении трансформатора, определяемое по формуле (9-7).
В формулах (5-24), (5-25), (5-26) и (5-27) все величины должны быть отнесены или к стороне высшего (ВН), или к стороне низшего (НН) напряжения.В табл. 9-2 приведены значения активных и реактивных сопротивлений трансформаторов по отношению к стороне ВН. Пересчет этих сопротивлений по отношению к стороне НН производится по формулам:
где n — коэффициент трансформации трансформатора:
где — относительная величина напряжения, соответствующая данному ответвлению обмотки ВН; — номинальный коэффициент трансформации трансформатора.Величины потерь напряжения в трансформаторах при номинальной нагрузке и номинальном напряжении на зажимах для различных коэффициентов мощности приведены в табл. 5-29.
Таблица 5-29
Потеря напряжения, % в понижающих трансформаторах 6-35/0,4/0,23 кв при номинальной нагрузке
|
Номинальнаямощностьтрансформатора, ква |
Номинальноенапряжениеобмотки ВН, кв |
При коэффициенте мощности |
||||||||||
|
,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
0,88 |
0,9 |
0,92 |
0,94 |
0,96 |
0,98 |
1,0 |
||
|
254063631001001601602502504004006306301 0001 0001 6001 600 |
6-106-106-10206-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-356-1020-35 |
4,394,344,294,684,275,804,165,654,075,554,025,514,675,404,685,414,625,36 |
4,314,244,184,544,155,574,025,403,925,293,865,244,455,124,465,134,395,07 |
4,204,114,044,364,015,293,855,103,734,983,674,924,184,794,194,804,124,74 |
4,043,943,844,133,814,943,624,723,504,593,424,523,854,393,864,403,784,33 |
3,923,803,703,963,664,673,464,443,324,313,244,233,614,093,624,103,544,03 |
3,823,693,583,823,544,473,324,233,184,093,104,013,423,873,443,883,353,80 |
3,703,563,443,663,404,243,173,993,033,842,943,763,213,613,223,623,143,54 |
3,553,413,283,473,233,962,993,702,843,552,753,462,963,312,973,322,893,24 |
3,373,213,083,233,023,622,773,352,613,192,523,102,662,942,672,962,582,87 |
3,112,942,802,902,743,162,462,882,302,712,202,612,252,452,262,462,172,38 |
2,402,202,032,031,971,971,661,661,481,481,381,371,201,211,221,221,121,12 |
Таблица для трансформаторов ГОСТ 12022-66 и 11920-66
Пример 5-7
Определить потери напряжения в трансформаторе 10/0,4 кв мощностью 630 ква со схемой соединений обмоток У/Ун-0, если нагрузка трансформатора S=500 ква при cosj=0,85, ответвление обмотки трансформатора -5% и величина напряжения на вторичной стороне трансформатора U=0,39 кв.Решение
Из табл. 9-2 для трансформатора 630 ква, 10/0,4 кв находим активное и реактивное сопротивления обмоток трансформатора по отношению к стороне ВН:
Номинальный коэффициент трансформации трансформатора равен:
Фактический коэффициент трансформации с учетом выбранного ответвления обмоток определяется по формуле (5-30):
Пересчитываем сопротивления трансформатора по отношению к стороне НН по формулам (5-28) и (5-29):
Номинальное напряжение сети на стороне НН трансформатора Uн=0,38 кв.Для cosj=0,85 sinj=0,527.Потерю напряжения в трансформаторе определяем по формуле (5-25):
Все страницы раздела на websorТрансформаторы силовые Трансформатор без стального магнитопровода (воздушный трансформатор) Идеальный трансформатор Простейшие приближенные эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом Расчеты электрических цепей с трансформаторами Потеря напряжения в трансформаторе
Как проводится опыт холостого хода
При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:
- коэффициент трансформации;
- мощность потерь в стали;
- параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.
Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.
При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.
В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.
Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.
Для однофазного трансформатора
Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:
- вольтметров на первичной и вторичной катушках;
- ваттметра на первичной обмотке;
- амперметра на входе.
Приборы подключаются по следующей схеме:
Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:
Iо% = I0×100/I10.
Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.
Коэффициент рассчитывается по формуле:
K = w1/w2 = U1н/ U2О.
Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:
P0 = I02×r1 + I02×r0.
Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.
Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА
Для трёхфазного трансформатора
Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.
При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.
Применяется следующая схема:
Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.
В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.
Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.
Для сварочного трансформатора
Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.
После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.
Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.
Способы и схемы измерения потерь холостого хода
Измерения проводятся по ГОСТ 3484.1-88. Существует два основных способа измерения потерь холостого хода:
- Измерение при подведенном номинальном напряжении к обмотке высшей стороны;
- Измерение при малом напряжении.
В свою очередь, измерение при малом напряжении может производиться возбуждением как со стороны НН, так и со стороны ВН (характерно для мощных силовых трансформаторов). Это зависит от того, по какой схеме производилось измерение на заводе-изготовителе. По такой же схеме производится измерение потерь при приемо-сдаточных испытаниях.
В процессе эксплуатации измерения потерь холостого хода сравниваются с заводскими данными или с данными, полученными во время приемо-сдаточных испытаний.
Измерение потерь холостого хода при номинальном напряжении
Как правило производится на заводе-изготовителе. В эксплуатации этот способ может быть выполнен и окажется полезен, если были зафиксированы данные токов и мощностей при первом включении трансформатора в работу после ПНР.
Номинальное напряжение подводится к соответствующей обмотке трансформатора. При разомкнутых вторичных обмотках, производится замер токов и мощностей, потребляемых трансформатором от сети.
Измерение потерь холостого хода однофазного трансформатора от питающей сети производится по схеме, приведенной на рисунке ниже:
Измерение потерь холостого хода трехфазного трансформатора от питающей сети:
Измерение потерь холостого хода при малом напряжении
Иногда это единственный доступный метод проверки потерь холостого хода трансформатора в условиях наладки электрооборудования. Проверка осуществляется возбуждением вторичных обмоток трансформатора напряжением, указанным в паспорте (или номинальным). Схемы проверки для однофазных и трехфазных трансформаторов с различными группами приведены на рисунках ниже.
Схемы возбуждения трехфазных трансформаторов со стороны НН, обмотки которой соединены по схеме «звезда без средней точки» приведены ниже для различных комбинаций:
Далее приведены схемы проверки потерь холостого хода для трехфазных трансформаторов, обмотки которых соединены в «треугольник»:
Приборы, указанные на рисунках нужно подключать именно в такой последовательности. Перед проведением испытаний нужно включить измерительную схему вхолостую (то есть не подключать к обмоткам трансформатора), чтобы определить потери в приборах (PПОТ). Фактическое измеренное значение мощности будет равно:
P0ab = Pab — PПОТ
P0bс = Pbс — PПОТ
P0ca = Pca — PПОТ
Общая мощность потерь холостого хода определяется так:
| P= | P0ab+P0bc+P0ca |
| 2 |
Полученные данные сравниваются с паспортными данными и согласно ГОСТ 3484.1-88 не приводятся к номинальному напряжению. Если всё же требуется это сделать, то формула для приведения полученной мощности холостого хода к мощности при номинальном напряжении при возбуждении обмоток, соединенных в треугольник:
| P0ПРИВ=P( | UНОМ | ) | n |
| UИЗМ |
При возбуждении обмоток, соединенных в звезду:
| P0ПРИВ=P( | 2·UНОМ | ) | n |
| √3·UИЗМ |
Где:
- UНОМ — номинальное напряжение, к которому приводится мощность, В;
- UИЗМ — напряжение, при котором производилось измерение (малое напряжение), В;
- n — показатель, зависящий от типа электротехнической стали магнитопровода: n = 1,8 — для горячекатаной; n=1,9 — для холоднокатаной.
Иногда измерение потерь холостого хода при малом напряжении производится с высокой стороны трансформатора. Это характерно для мощных трансформаторов, имеющих расщепленные обмотки. Схема измерения в этом случае будет иной:
При таком способе измерения ток будет иметь значения десятков миллиампер. Напряжение так же не будет превышать 220 или 380 В.
Еще чисто из опыта. При проверке коэффициента трансформации, подавая напряжения на первичную обмотку, имеет смысл фиксировать значения токов для каждого измерения. Эти токи достаточно небольшие — порядка десятков миллиампер. Однако по ним тоже можно судить об исправности или неисправности активной части. При витковом замыкании, значения этих токов существенно отличаются и могут достигать до десятков ампер. А это уже браковочный фактор.
